基于MELP算法的超帧结构状态统计及改进算法研究

张楠 韩笑蕾 张洋

摘要：低速率语音编码在水声通信、卫星通信、军事通信、保密通信等领域有着非常广泛的应用，其特殊的应用领域对语音编码也有各自不同的要求，难以形成统一的标准。该文在2.4kb/s MELP语音编码方案的基础上，针对低速率语音编码中常见的几种多帧联合结构，对超帧中各子帧清浊音状态的分布概率进行了统计，并根据清/浊音子帧的统计特性，提出改进的超帧结构分类方法和有效的基音多帧联合矢量量化方法，从而进一步提高编码效率。经仿真试验证明，合成的语音清晰可懂，具有较好的自然度。

关键词:低速率语音编码；MELP；基音；超帧；多帧联合量化

中图分类号：TP37文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)17-3982-05

Study on Improved Algorithms Based on the Statistics of Super-frame Structure State of the MELP Algorithm

ZHANG Nan, HAN Xiao-lei, ZHANG Yang

（College of Electronics and Information Engineering, Tongji University, Shanghai 201804, China）

Abstract: Speech coding at lower bit rate (less than 2.4 kb/s) is widely used in the particular fields like underwater acoustic communica? tions, satellite communications, military communications, secure communications. And it is difficult to set up an international standard. The distribution probabilities of each voiced/unvoiced Sub-frame are counted in connection with several multi-frame joint structures based on the 2.4kb/s MELP algorithm. To further reduce the bit rate, A new algorithm classifies the super-frames into multi-modes based on the voiced/unvoiced property with different modes adopting different quantified joint-coding scheme on fundamental frequency in this paper. The simulation results indicate that the synthetic speeches have good nature degree and intelligibility.

Key words: low bit rate speech coding; MELP; fundamental frequency; super-frame; multi-flame jointly quantified

语音通信是人类通信最基本、最重要的方式之一。低速率语音编码一般指编码速率在4.8kb/s以下的语音编码，具有占用带宽少，抗干扰能力强，保密性好等特点，在信道质量和发射功率受限制的水声通信，卫星通信，军事通信，保密通信等领域有着非常广泛的应用。因此，低速率语音编码也是语音研究中的一个重点方向。

根据信息论的观点，语音编码的极限速率在80~100b/s左右，现有的低速率语音编码方案还有很大的压缩和发展空间。目前研究的低速率特别是极低速率（编码速率在1.2kb/s以下）语音编码算法一般是在现有的2.4kb/s语音编码算法基础上，利用帧间的相关性以及更高效的矢量量化技术来进行近一步的压缩[1]。

在当前的低速率语音编码研究中，对基于线性预测（LPC）系数的超帧结构和量化方案的研究较多，而对基音参数的系统性研究却很少。……